Presentación en seminario Enersol 2016, Antofagasta, Chile, donde se muestra la evaluación, mediante simulación en tiempo real, de estrategias de compensación dinámica de potencia activa para el control de frecuencia en redes con alta presencia de generación estática.

1. Estrategias de Compensación Dinámica de Potencia
Activa en Red Eléctrica con Alta Penetración de
Generación Estática
Miguel Torres
Laboratorio de Sistemas y Energía Renovable (LaSER)
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Universidad de Concepción
miguel.torres@udec.cl

2. Contenido
• Motivación
• Control de frecuencia en redes con generación no convencional
• Sistema eléctrico en estudio
• Modos de operación y problemas asociados
• Simulación en tiempo real
• Conceptos generales
• Plataforma experimental
• Simulación TR sistema en modo SIL
• Técnicas de control dinámico de frecuencia
• Simulación TR sistema en modo C-HIL
• Conclusiones
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3. Motivación
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4. Motivación
• En un sistema convencional, la frecuencia eléctrica contiene
información valiosa del estado del balance entre la generación y la
demanda de energía → estabilidad
• Integración de medios estáticos (no rotatorios) de generación reduce
la inercia efectiva del sistema convencional comprometiendo la
estabilidad
• Naturaleza variable de la radicación solar, la rápida respuesta de los
convertidores electrónicos y la carencia de almacenamiento de
energía genera nuevas perturbaciones de potencia
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5. Sistema eléctrico en estudio
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SG1 SG2
~= ~=
• Conectado a la red
• SGs operan en modo droop
(comparten carga)
• Frecuencia sujeta a dinámica de SGs
• Modo isla
• Inversor PV controla voltaje red
• Frecuencia fija
• Cambio automático mediante relé de
aislamiento

6. Simulación en tiempo real
• Software In-the-Loop (SIL)
• Simulación completamente digital.
• No hay sincronización con el exterior.
• Permite acelerar tiempos de prueba.
• Hardware In-the-Loop (HIL)
• Control HIL (C-HIL)
• Controlador real se conecta a planta simulada en tiempo real.
• Flexibilidad y Repetitividad en pruebas.
• Prueba de eventos extremos.
• Power HIL (P-HIL)
• Simulador conectado a amplificador de potencia.
• Prueba de equipos/prototipos de potencia.
6

7. Sistema OPAL RT
7
OP5607
• Virtex 7 FPGA Processor and IO expansion
• Analog Output Card (16 Channels, 16 bits, 1 us, ±16V)
• Analog Input Card (16 Channels, 16 bits, 2.5 us, ±16V)
• Digital Input Card (32 Channels Isolated, 5V to 30V)
• Digital Output Card (32 channels, Isolated, 5V to 30V)
OP5030
• Real-Time Linux computer
• X8, Single CPU Six Cores @ 3.46 GHz
• Ejecuta software RT-LAB para simulación de sistemas y
procesos en tiempo-real en entorno MATLAB Simulink.
• Ejecuta Software eFPGAsim para simulación de sistemas
con tiempos de muestreo del orden de nano-s.
OP5030
• Real-Time Linux computer
• X8, Single CPU Six Cores @ 3.46 GHz
• Ejecuta software ePHASORsim, HYPERSIM, eMEGAsim.
• OPC interface

8. Simulación en tiempo real modo SIL
8
SG1 SG2
~= ~=

9. 9
V red
I SG1+2
V DC PV
I DC PV
Señal de falla para relé
Conexión a red Conexión a red
Modo isla
Transición modos de operación
SG1 SG2
~= ~=

10. Resultados simulación modo SIL
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• Sistema opera bien en ambos modos y transición
• Sistema débil con poca capacidad de generación susceptible a
condiciones de baja inercia
• BESS puede usarse para compensación dinámica de potencia

11. Técnicas de compensación dinámica
• Reserva en giro estática
• Suavización de salida de potencia variable
• Máquina sincrónica virtual
11 * Imagen obtenida de “Potentialities of the Virtual Synchronous Machine (VISMA) to improve the quality of the electrical grid”

12. Máquina sincrónica virtual
12

13. SG1 SG2
~= ~=
Control de BESS (C-HIL)
13
fPref
P

14. Setup experimental
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15. 15
V red
Frec. red
Pref MSV
I AC BESS
MSV habilitado MSV deshabilitado
BESS inyecta potencia
BESS absorbe potencia
SG1 SG2
~= ~=
MSV

16. Desempeño MSV
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Parám. Sin MSV Con MSV Mejora
∆f 1.23 0.69 - 44 %
∆t 0.23 0.18 - 25 %
df/dt 5.3 3.9 - 26 %
ts 2.9 0.7 - 75 %
Respuesta inercial
Amortiguamiento de oscilaciones

17. Conclusiones
• Utilizando un sistema eléctrico ad hoc con generación no rotatoria, se
mostró que existen problemas asociados al control de frecuencia tanto en
la operación del sistema en modo isla y en conexión a la red.
• El control de potencia activa del BESS puede usarse para apoyar el control
dinámico de frecuencia.
• Se simuló e sistema en modo C-HIL, con el algoritmo MSV implementado
en tarjeta de control externa, mostrando un satisfactorio desempeño en la
reducción de las variaciones de frecuencia del sistema.
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